前言： 制約高算力芯片發(fā)展的主要因素之一就是散熱能力。 未來，人工智能行業(yè)會因為算力散熱問題被“卡脖子”嗎？ "以功耗換性能”的趨勢

芯片散熱問題一直困擾著工業(yè)界。指甲蓋大小的芯片卻是個300瓦的熱源，但實際上，芯片遠遠不到這個功耗時便已經(jīng)燙得不行。

芯片的小型化和高度集成化，會導致局部熱流密度大幅上升。算力的提升、速度的提高帶來巨大的功耗和發(fā)熱量。

臺積電發(fā)布的一份報告顯示，未來一些面積大于500平方毫米的“大芯片”，其目標設計功耗可能會高達2000瓦以上。

盡管芯片工藝尺寸不斷減小，但是功耗密度卻在不斷增加。

半導體工藝一旦進入2nm，芯片的晶體管數(shù)量和算力自然會高倍數(shù)提升。AI算力‘飚升’的場景對超高功率芯片的解熱及散熱將持續(xù)帶來巨大挑戰(zhàn)。

目前整個消費電子芯片產(chǎn)業(yè)，實際上已經(jīng)走入一個“性能大幅提高、功耗快速上漲”的怪圈，呈現(xiàn)出一種“以功耗換性能”的趨勢。

基于壓電MEMS的固態(tài)散熱芯片

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，基于壓電MEMS的固態(tài)散熱解決方案創(chuàng)新公司Frore Systems宣布，搭載其MEMS主動散熱芯片（AirJet）解決方案的筆記本電腦將于2023年初“出爐”，可提供比傳統(tǒng)風扇更好的散熱效果，同時噪聲更低。

AirJet散熱芯片是解決當今筆記本電腦限制CPU性能的散熱問題，這是一種所謂的“固態(tài)散熱解決方案”，完全拋棄了傳統(tǒng)的風扇散熱方式。

FAirJet內(nèi)部是利用MEMS技術(shù)制造的微小壓電薄膜，以超聲波頻率振動，然后這些壓電薄膜產(chǎn)生強大的氣流，使得冷空氣通過頂部的通風口進入AirJet散熱芯片，并從側(cè)邊的通風口帶走處理器產(chǎn)生的熱量。

單顆空氣粒子能以每小時200公里的速度飛快地掠過散熱芯片。

最重要的是，基于AirJet散熱芯片的模組只有約2.8毫米厚，并且沒有直接放置在筆記本電腦的處理器上，而是放置在銅管上，因此可以實現(xiàn)更薄的筆記本電腦設計。

目前最適合用于移動計算設備，包括筆記本電腦、游戲智能手機和平板電腦等，未來會考慮擴展到其他平臺。

Frore Systems目前獲得了英特爾、GiS、高通等主流大廠的支持，英特爾還計劃在未來的Evo標準筆記本電腦中采用AirJet散熱芯片解決方案。

AirJet散熱芯片型號

Frore Systems的AirJet散熱芯片共有兩種型號：（1）AirJet Mini專為無風扇和輕薄筆記本電腦設計，現(xiàn)已出貨；

（2）AirJet Pro專為具有更多處理能力的大型筆記本電腦甚至手持游戲系統(tǒng)而設計，將于2023年第一季度出貨。

AirJet Mini尺寸為27.5mm x 41.5mm x 2.8mm，能以1W的功耗散大約5W的熱量，并且僅產(chǎn)生21分貝的噪聲，主要用于13英寸筆記本電腦和10英寸平板電腦。AirJet Pro尺寸為31.5mm x 71.5mm x 2.8mm，能以1.75W的功耗散大約10W的熱量，僅產(chǎn)生24分貝的噪音，主要用于15英寸筆記本電腦。

散熱芯片國內(nèi)發(fā)展

近期華為公司和哈爾濱工業(yè)大學聯(lián)合申請了一項名為“金剛石芯片”的專利。

這是一種利用金剛石材料制造的高效散熱芯片，能夠解決高性能芯片的發(fā)熱難題，為芯片性能的提升開辟了新的道路。

金剛石是一種由碳元素構(gòu)成的晶體，它的物理和化學性能非常優(yōu)異。金剛石作為一種天然礦物，具備出色的導熱性能。

將金剛石應用于電子芯片的散熱中，可以大幅提高芯片的散熱效率，相比傳統(tǒng)材料，有效緩解了芯片因長時間高溫運行而產(chǎn)生的問題。

金剛石能夠有效抵御外界因素對芯片的侵蝕，提升芯片的穩(wěn)定性和抗干擾能力，延緩芯片的老化速度，使得芯片使用壽命更長。

此次申請的“金剛石芯片”專利是一項在芯片散熱方面的創(chuàng)新技術(shù)，專利涉及到復合導熱材料的制備及其應用，其核心是將金剛石材料融入到芯片中，利用金剛石的高熱導率，將芯片內(nèi)部產(chǎn)生的熱量快速傳導到外部，從而實現(xiàn)高效的散熱效果。

結(jié)尾：

許多芯片都面臨熱障，并且解決該問題并不容易。

盡管在某些應用中可以使用奇特的解決方案，但大多數(shù)市場必須找到用更少的資源做更多的事情的方法，這意味著每瓦特具有更多的功能。與此相關(guān)的成本比過去的解決方案要大得多。